DE972083C - Elektronenroehre zum Anfachen, Verstaerken, Erzeugen und Empfangen von ultrahochfrequenten elektromagnetischen Schwingungen in Bremsfeldanordnungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. MAI 1959

P 40/6 Villa/21g

in Bremsfeldanordnungen

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenröhren, wie sie zum Anfachen, zum Erzeugen, Verstärken und auch zum Empfangen von ultrakurzwelligen Schwingungen unterhalb von io m, insbesondere im dm- und cm-Gebiet, verwendet werden.

Die Anfachung von Schwingungen mittels Elektronenröhren vollzieht sich in der Weise, daß ein Elektronenstrom durch auf ihn einwirkende Wechselspannungen periodisch in seiner Intensität oder Lage schwankt und dadurch Energie an mit Schwingungskreisen verbundene Elektroden abgibt. Durch die auf den Schwingungskreis übertragene Energie werden die zur Steuerung des Elektronenstromes dienenden Wechselspannungen aufrechterhalten.

Bei der Anfachung langwelliger Schwingungen ist die Laufzeit der Elektronen innerhalb der Elektroden kurz im Vergleich zur Schwingungsdauer und spielt für die Anregung keine Rolle. Bei der Anfachung sehr kurzwelliger Schwingungen unterhalb von io m, insbesondere im dm- und cm-Gebiet, werden die Elektronenlaufzeiten von

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der gleichen Größenordnung bzw. größer wie die Schwingungsdauer. Wie die Erfahrung gezeigt hat, lassen sich jedoch auch in diesen Fällen Schwingungen anfachen.
So hat sich gezeigt, daß sich ungedämpfte ultrakurzwellige Schwingungen mit Anordnungen anfachen lassen, die im wesentlichen aus einer Elektronenquelle, beispielsweise einer direkt oder indirekt beheizten Glühkathode, einer durchbrochenen oder Gitterelektrode und einer mit Anode oder Bremseiektrode bezeichneten massiven Elektrode bestehen. Werden die Elektroden, insbesondere die Gitterelektrode und die Anode oder Bremseiektrode, mit einem Schwingungskreis verbunden, so kann dieser bei richtiger Wahl der an die Elektroden gelegten Gleichspannungen, bei richtig gewählter Elektronenemission der Elektronenquelle und bei nicht zu großer Dämpfung des Schwingungskreises zu ultrakurzwelligen Schwingungen angefacht werden.

Eine solche zur Schwingungsanfachung geeignete Anordnung ist schematisch in der Abb. 1 dargestellt. An Hand dieser Abb. 1 seien die Vorgänge, die bei der Schwingungsanfachung eine Rolle spielen, näher erläutert.

In der Abb. 1 ist mit 1 eine Glühkathode, mit 2 eine Gitterelektrode und mit 3 eine Anode oder Bremselektrode dargestellt. Da in den meisten Fällen zur Schwingungsanfachung konzentrische Anordnungen gewählt werden, und zwar in der Form, daß eine draht- oder rohrförmige Glühkathode von einer zylindrischen Gitterelektrode umgeben ist und diese wieder von einer zylindrischen massiven Elektrode, wird im folgenden die Gitterelektrode 2 auch als Zwischenelektrode und die massive Elektrode 3 auch als Außenelektrode bezeichnet. Die Zwischenelektrode 2 und die Außenelektrode 3 sind in dem dargestellten Fall mit drahtförmigen Verlängerungen 4 und 5 versehen, die mit einer Kurzschlußkapazität 6 am anderen Ende verbunden sind. Die parallelen Leiter 4 und 5 bilden zusammen mit den Elektroden 2 und 3 ein Schwingungssystem, das in der Grund- oder in irgendeiner Oberschwingung angeregt werden kann. Wird das Schwingsystem in der Grundschwingung angeregt, so beträgt die Länge des Parallelsystems /./4. An den Elektroden 2 und 3 treten dabei Spannungsbäuche und an dem für die Ultrahochfrequenz durchlässigen Kurzschlußkondensator 6 ein Spannungsknoten, d. h. Strombauch der Schwingung, auf. Über die Belegungen des Kurzschlußkondensators 6 können den Elek-. troden 2 und 3 verschiedene Gleichspannungen erteilt und die auftretenden Gleichströme abgeführt werden, ohne daß auf die hierzu notwendigen Zuleitungen Schwingungsenergie übertragen wird. Wird nun die Glühkathode 1 geheizt, so daß sie Elektronen aussenden kann, und wird an die Zwischenelektrode 2 eine hohe positive Gleichspannung gelegt, so dringen Elektronen durch die Lücken der Gitterelektrode 2 in den Raum zwischen der Elektrode 2 und der Elektrode 3 ein. Dieser Raum wird im folgenden auch als Anfachraum bezeichnet. Die direkt auf die Zwischenelektrode 2 auftreffenden Elektronen scheiden für die Schwingungsanfachung aus. Erhält die Außenelektrode gegenüber der Glühkathode ein negatives Potential, so dringen unter der Voraussetzung, daß die Elektroden 2 und 3 keine Wechselspannungen führen, die in den Anfachraum eingetretenen Elektronen nur bis zur Potentialnullfläche vor und fliegen dann wieder auf das Gitter zu. Ein Teil von ihnen wird dabei wieder vom Gitter aufgenommen, und ein anderer Teil passiert zum zweiten Male die Gitterlücken. Dieser letzte Teil scheidet als unwesentlich bei den folgenden Betrachtungen aus. Wird der Außenelektrode nur ein schwach positives Potential gegenüber der Glühkathode erteilt, so wird der in den Anfachraum gelangende Teil der Elektronen nahezu vollständig von dieser aufgenommen. Auch in diesem Fall lassen sich Schwingungen anfachen. Maßgebend für die Anfachung von Schwingungen ist zunächst die Laufzeit der Elektronen innerhalb des Anfachraumes, die in dem vorliegenden Fall von gleicher Größen-Ordnung wie die Schwingungsdauer ist. Diese Laufzeit ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Elektronen durch die Gitterlücken in den Anfachraum eintreten, und demnach von dem beschleunigenden Feld zwischen der Glühkathode und dem Gitter sowie von den an die Gitterelektrode und die Außenelektrode angelegten Gleichspannungen. Haben nun die Elektroden 2 und 3 eine ultrahochfrequente Wechselspannung zueinander, so wird der durch die Elektrode 2 hindurchtretende Elektronenstrom in seiner Intensität und im Takt dieser Wechselspannung gesteuert. Es tritt also ein Elektronenwechselstrom i durch das Gitter in den Anfachraum ein und ruft die Anfachung hervor. Außer der Laufzeit ist für die Anfächung noch maßgebend, mit welcher Phasenverschiebung φ gegenüber der zwischen den Elektroden 2 und 3 bestehenden Wechselspannung der Elektronenwechselstrom in den Anfachraum eintritt. Wie Versuche und theoretische Überlegungen gezeigt haben, wird der die Gitterelektrode 2 passierende Elektronenwechselstrom durch die folgende Art von Pendelsteuerung mit einer beispielsweise in Abb. 1 dargestellten Anordnung erzeugt:

Durch die hochfrequenten Potentialänderungen der Außenelektrode 3 gegenüber der Zwischenelektrode 2 ändert sich der Prozentsatz der Elektronen, welche zwischen den Gitterelementen des Gitters 2 hindurch in den Anfachraum eindringen, d. h., die hochfrequente Schwingung der Elektrode 3 übt eine Steuerwirkung auf den das Gitter 2 passierenden Elektronenstrom aus. Ist nämlich die Elektrode 3 in der negativen Halbwelle ihrer Schwingung, so gehen mehr Elektronen direkt auf das Gitter 2, und es dringen weniger Elektronen in den Raum zwischen 2 und 3 ein, als wenn die Elektrode 3 sich in der positiven HaIbwelle ihrer Schwingung befindet. Diese Art der Steuerung hat nun eine verhältnismäßig sehr kleine Steilheit, weil die hier zugleich als Betriebs- wie

als Steuerelektrode wirkende Elektrode 3 ihre steuernde Wirkung auf die Elektronen erst ausübt, wenn diese bereits in der Nähe der Gitterelektrode 2 hohe Geschwindigkeiten erreicht S haben.

Die Bestimmung der Steilheit, die für die Anfachung eine maßgebende Rolle spielt, sei im folgenden näher beschrieben:

Für den Fall, daß die Außenelektrode eine hohe positive Spannung gegenüber der Glühkathode erhält, läßt sich die Steilheit in einfacher Weise durch die Strom-Spannungs-Kennlinie der Außenelektrode bestimmen. Irgendwelche Bemerkungen dazu sind nicht erforderlich. Im Fall, daß die Außenelektrode negatives Potential gegenüber der Glühkathode erhält und als Bremselektrode wirkt, ist die Beurteilung der Steilheit der Röhre eine wesentlich schwierigere, weil auch die Elektronen, welche in den Anfachraum eintreten, nach Umkehr auf die Zwischenelektrode gehen in genau derselben Weise wie diejenigen, die von der Kathode auf die Zwischenelektrode direkt auftreffen. Aus dem Strom nach der Zwischenelektrode kann daher nicht beurteilt werden, welcher Prozentsatz dieses Stromes von der Kathode direkt, welcher Prozentsatz erst nach Umkehr im Anfachraum auf die Zwischenelektrode auftrifft. Die Unterscheidung zwischen diesen zwei Anteilen des Stromes ist aber wesentlich für die Beurteilung der Steilheit der Röhre.

Es müssen also irgendwelche Messungen gemacht werden, aus welchen geschlossen werden kann, wie der Gesamtstrom sich auf diese zwei Anteile bei Änderung der Gleichspannung der Elektroden abändert. Diese Beurteilung kann in der Weise geschehen, daß die zunächst negative Spannung der Außenelektrode allmählich erhöht wird. Im Augenblick, da die Außenelektrode das Kathodenpotential erreicht hat, fließt ein Strom auf die Außenelektrode. Bei weiterer Steigerung der Spannung der Außenelektrode steigt dieser Strom zunächst sehr steil an. bis Sekundärelektronen an der Außenelektrode entstehen. In diesem Augenblick fällt der gesamte Strom auf die Außenelektrode wieder ab, erreicht ein Minimum, um in dem Augenblick sehr steil anzusteigen, in dem die Außenelektrodenspannung die positive Spannung der Zwischenelektrode erreicht hat. Der weitere Anstieg der Kennlinie verläuft von da an praktisch linear und stellt nun den gesamten von der Kathode ausgehenden Strom dar, der in den Anfachraum eindringt. Dieser Ast läßt sich nun verfolgen bis zum Schnitt mit der Kennlinie des von der Kathode ausgehenden Emissionsstromes.

Diese Kennlinie des Gesamtstromes zeigt mit wachsender Außenelektrodenspannung einen langsamen Anstieg infolge Schottky-Effekt. Im Schnittpunkt dieser Schottky-Kennlinie mit dem linearen Aste der Kennlinie des Stromes nach der Außenelektrode wird eine Spannung erreicht, bei welcher sämtliche von der Kathode ausgehenden Elektronen nach der Außenelektrode gehen und kein einziges Elektron mehr auf die Zwischenelektrode auftrifft.

Die rückwärtige Verlängerung dieses Astes der Kennlinie des Außenelektrodenstromes ergibt nun die Steuercharakteristik für den Stromanteil, der von der Kathode direkt auf die Zwischenelektrode geht, und den Anteil, der in den Anfaehraum eintritt.

Man kann diese Verhältnisse in einem Diagramir darstellen. Als Abszisse wird die Spannung der Außenelektrode V₃ aufgetragen. Die Spannung der Zwischenelektrode sei mit V₂ bezeichnet. Die Kathodenspannung sei Null. Wird die Spannung der Außenelektrode F₃ von negativen und positiven Werten geändert, so fließt ein Anodenstrom i_v sobald V₃ den Wert Null erreicht hat. Dieser steigt steil an und fällt dann infolge Sekundärelektronenemission ab und geht mit Erreichen der Spannung V₃ = V₂ in einen linearen Teil I₁ über, der die Kennlinie J_e des gesamten Stromes J_e = J₁ + i'_ä in dem Punkt P schneidet. Die Kennlinie J_e ist wegen des Schottky-Effektes schwach geneigt. Die rückwärtige Verlängerung dieses linearen Astes /,' gibt die — beispielsweise punktiert gezeichnete ■— Kennlinie der Röhre, aus welcher die Steilheit des Stromes, der in den Anfaehraum eintritt, zu entnehmen ist. Es sei Q beispielsweise der Betriebspunkt der Röhre. Dabei ist in der Umgebung von Q, d. h. bei Überlagern einer Wechselspannung V über den zum Punkt Q gehörenden Wert V₃, jeweils I₁ der in den Anfaehraum eindringende Anteil des Emissionsstromes, Z₂ der direkt nach der Innenelektrode gehende Anteil des Emissionsstromes. Es ist aus dem Diagramm ohne weiteres zu ersehen, wie diese beiden Anteile in linearer Weise von der Spannung der Bremselektrode V₃ abhängen. Die Neigung dieser Geraden ergibt die Steilheit der Röhre.

Diese Steilheit ist es, die durch die Erfindung um ein Vielfaches vergrößert wird. Erreicht wird die Vergrößerung der Steilheit und damit der Steuerwirkung der Außenelektrode dadurch, daß zusätzliche Steuermittel in der Röhre \^rorgesehen werden, die den in den Anfaehraum eindringenden Elektronenstrom im gleichen Sinne steuern wie die Außenelektrode. Um eine derartige zusätzliche Steuerung zu erreichen, genügt es, daß dieses zusätzliche Steuermittel Wechselspannungen erhält, die zu den Wechselspannungen der Außenelektrode gleichphasig oder nahezu gleichphasig sind.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann dieser Gedanke in einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, daß ein zwischen Kathode und Gitterelektrode gelegenes Gitter aperiodisch 11g mit der Außenelektrode verbunden wird und durch diese gleichphasig oder nahezu gleichphasig eine Steuerspannung erhält. Um dem zusätzlichen Steuergitter verschieden von der Außenelektrode eine Gleichspannung erteilen zu können, wird zweckmäßig ein Überbrückungskondensator für die Ultrahochfrequenz in dieser Verbindungsleitung vorgesehen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuerelektrode, die zweckmäßig in dem Raum zwischen der Kathode und der Gitterelektrode an-

gebracht ist, ist eine verschiedene, je nachdem, ob ⁼ die Glühkathode im Sättigungsgebiet oder unter Begrenzung durch Raumladung emittiert. Auch kann bei verschiedenen Anordnungen in dem Raum zwischen Kathode und Gitterelektrode^; sowie bei verschiedenen Gleichspannungen eine Vergrößerung der Steilheit durch-'eine derartige ■ Steuerelektrode erzielt werden. Im folgenden seien einige Sonderfälle beispielsweise diskutiert: ίο Erhält die Zwischen- oder Gitterelektrode 2 eine so hohe positive Gleichspannung, '-daß ein Sättigungsstrom fließt, so kann eine wirksame zusätzliche Steuerung durch ein Steuergitter erzielt werden, das in der Nähe der Zwischenelektrode 2 arigeordnet ist. Erhält nun dieses zusätzliche Steuergitter eine negative Vorspannung, so wird bei auftretenden Wechselspannungen in erster Linie die von der Außenelektrode hervorgerufene Pendelsteuerung unterstützt, d. h., es wird die Verteilung des von der Kathode ausgehenden Gesamtelektronenstroms auf die beiden Anteile, den direkt auf die Zwischenelektrode fliegenden Anteil und den in den Anfachraum eintretenden Anteil, im Takt dieser Wechselspannnung geändert. Sind beispielsweise d'ie Zwischenelektrode und die zusätzliche Steuerelektrode aus einzelnen Stäben gebildet und die Stäbe der zusätzlichen Steuerelektrode im wesentlichen in oder in der Nähe der Lücken der Zwischenelektrode angeordnet, so wird bei negativer Halbphase der ultrahochfrequenten Wechselspannung der Außenelektrode gegenüber dem Gitter ein geringerer Teil der Gesamtemission in den Anfachraum treten und ein größerer Teil direkt an der Zwischenelektrode landen, bei positiver ₃g Halbphase der Wechselspannung der Außenelektrode gegenüber der Gitterelektrode werden dagegen die Verhältenisse genau umgekehrt sein. Durch eine geeignet gewählte Gleichspannung der zusätzlichen Steuerelektrode kann das Maximum der Steuerwirkung eingestellt werden. In dem geschilderten Fall ist nur eine geringe bzw. keine Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung der Außenelektrode und der der zusätzlichen Steuerelektrode notwendig, da letztere in der Nähe der Zwischenelektrode wirksam ist. Erhält die zusätzliche Steuerelektrode die Gleichspannung Null oder eine positive Vorspannung, so wird sie zweckmäßig sehr dünn gemacht, damit sie wenig Strom aufnimmt, da dieser in Phase zu der Steuerwechselspannung ist und eine Vergrößerung der Dämpfung des Kreises hervorruft.

Wird die Röhre bei noch vorhandener Strombegrenzung durch Raumladung betrieben, so kommt zu dieser reinen Verteilungssteuerung noch die Raumladesteuerung hinzu, wodurch eine weitere Vergrößerung des in den Anfachraum eintretenden Elektronenwechselstromes erzielt werden kann. In diesem Fall wird zweckmäßig mit einer positiven Vorspannung an der zusätzlichen Steuerelektrode gearbeitet. Zur Erhöhung der Steuerwirkung kann · diese zusätzliche Steuerelektrode in größerem Abstand von der Zwischenelektrode und in größerer Nähe der Kathode vorgesehen werden.

Zur Erzielung günstiger' Anregungsverhältnisse und geringer Dämpfung der anzuregenden Schwinggebilde werden' zweckmäßig zylindrische Elektroden und ebensolche Schwinggebilde verwendet. Solche Anordnungen sind in einigen Ausfüh rungsbei'spielen näher beschrieben. Diese Anordnungen werden dann entweder direkt oder über entsprechend dämpfungs- und verlustfrei ausgeführte Energieleitungen mit Strahlereinrichtungen .verbunden. - :'

Wird die Anfachung durch entsprechend geringe Elektronenemission oder entsprechend gewählte Betriebsspannungen nur so groß gemacht, daß zwar eine Entdämpfung des mit den Elektroden verbundenen Schwingsystems, jedoch keine Schwingungserregung erfolgt, so kann die erfindungsgemäße Röhre auch' vorteilhaft zur Verstärkung sowie zum Empfang von Schwingungen der gleichen Wellenlänge benutzt werden. Auch kann natürlich, fallls modulierte ultrahochfrequente Wechselspannungen zugeführt werden, bei geeigneten Vorspannungen gleichzeitig eine Gleichrichtung erfolgen, wobei irgendeiner der Elektroden die gleichgerichteten Wechselströme entnommen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen die Abb. 2 bis 6 dar.

Die Abb. 2 stellt im Prinzip das gleiche Schwingsystem mit ebenen Elektroden wie die Abb. 1 dar. Nur ist hier zwischen der Kathode 1 und der Gitterelektrode 2 ein zusätzliches Steuergitter 7 vorgesehen, das mit der Außenelektrode 3 aperiodisch verbunden ist. Um den beiden Elektroden 3 und 7 getrennte Vorspannungen geben zu können, sind beide Elektroden durch einen für die Ultrahochfrequenz durchlässigen Kondensator 8 galvanisch getrennnt. Dieser Kopplungskondensator 8 ist ganz allgemein maßgebend für die Höhe der Wechselspannung des Steuermittels.

Durch seine Größe wird bestimmt, bei welcher Amplitude dar Wechselspannung zwischen den Elektroden 2 und 3 volle Aussteuerung des Elektronenstromes erfolgt.

In den meisten Fällen wird es von Vorteil sein, vermöge der galvanischen Trennung,- welche dieser Kopplungskondensator darstellt, dem Steuermittel eine genügend negative Spannung zur Kathode zu erteilen, so daß das Steuermittel keinen Elektronenstrom führt, da dieser Elektronenstrom einen dämpfenden Einfluß auf den an die Elektroden 2 und 3 angeschlossenen, Resonator ausüben müßte.

In den meisten Fällen wird man statt der der Einfachheit halber in der Abb. 2 angedeuteten ebenen Elektroden konzentrische, beispielsweise allseitig geschlossene Elektroden und ebensolche Schwingsysteme vorsehen. Für solche geschlossenen Resonatoren sind in den Abb. 3, 4 und 5 Elektroden für drei verschiedene Arten der Steuerung dargestellt.

In der Abb. 3 a handelt es sich um den Querschnitt durch den Elektrodenteil einer konzentrischen Ultrakurzwellenröhre, bei der die eingangs geschilderte Pendelsteuerung durch die aperiodische Ankopplung eines Steuermittels an die Außen-

elektrode verbessert wird. Mit 3 ist die als Anode oder Bremselektrode wirkende Außenelektrode, mit 2 das Gitter dargestellt, welches mit 3 zusammen den ringförmigen Raum bestimmt, in welchem die Anfachung vor sich geht. Im Zentrum der Anordnung befindet sich die drahtförmige Kathode 1 In den Lücken der Gitterstäbe von 2 sind dünne Gitterstäbe 7 angeordnet, welche z. B. an der Stirnfläche der Anordnung mit der Elektrode 3 direkt ίο oder über eine Kapazität in Verbindung stehen. Im Längsschnitt Abb. 3 b ist diese Kapazität durch eine Platte 9 und durch die Bodenfläche 10 des Außenrohres 3 gebildet. Der Platte 9 kann durch einen Stromleiter 11, welcher die Bodenfläche 10 des Außenleiters 3 durchquert, eine geeignete Gleichspannung aufgeprägt werden. Es ist klar, daß bei einer derartigen Anordnung der in den Raum zwischen Gitterelektrode 2 und Außenelektrode 3 eindringende Elektronenstrom in höherem ao Maße schwankt, da durch die mit der Außenelektrode 3 gleichphasig Wechselspannungen führende Steuerelektrode 7 der Steuereffekt der Außen elektrode verstärkt wird.

In Abb. 3 a und 3 b ist angenommen, daß die Kathode 1 bei Sättigung betrieben wird, so daß dk¹ Steuermittel 7 eine Art von Pendelsteuerung ausüben, d. h. ein Pendeln des von 1 ausgehenden Elektronenstromes zwischen direktem Auftreffen auf die Stäbe 2 und Eindringen in den Raum zwisehen 2 und 3 erfolgt. Natürlich ist die Anordnung vollkommen unabhängig davon, ob die Elektrode 3 dann als eigentliche Anode oder als Bremselektrode geschaltet wird, d. h. ob die Elektronen, nachdem sie in den Raum zwischen 2 und 3 eingedrungen sind, in einem einmaligen Hinweg nach der Elektrode 3 ihre im Gleichfeld empfangene Energie an das hochfrequente Wechselfeld abgeben oder ob sie durch geeignete Wahl der Spannung der Außen-' elektrode 3 diese nicht erreichen, sondern in einer Umkehrfläche ihre Bewegungsrichtung ändern, um nach dem Gitter 2 zurückzukehren, von dem sie dann eingefangen werden.

Eine ähnliche Art der Anordnung zeigen die Abb. 4 a, 4 b, 4c. An Stelle der Gitterelektrode 2 befindet sich im Innern der Außenelektrode 3 eine im Querschnitt aus zwei Kreisbogen, also aus zwei Zylinderschalen, bestehende Elektrodenanordnung 2'. Die Kathode besteht im .vorliegenden Fall aus einem dünnen Wolframband ϊ, welches im wesentlichen zwei Strahlen von Elektronen in entgegengesetzten Richtungene aussendet. Zur Verstärkung dieser Strahlwirkung ist dieses Wolframband an seinen Schmalseiten flankiert von zwei Blechen 12, welche als Wehnelt-Zylinder eine Konzentrierung der beiden von 1' ausgehenden Strahlen zur Folge haben. Diese als Wehnelt-Zylinder dienenden Blechstreifen 12 können gleichzeitig für die Rückleitung des Heizstromes des Wolf rambandes 1' benutzt werden, indem sie, wie in Abb. 4 c angedeutet ist, eine Art Galgen bilden, an welchem das Wolframband befestigt ist. Die Gitterelektrode ist, da in Abb. 4 a von einem Gitter nicht mehr gesprochen werden kann, als Zwischenelektrode 2' zu bezeichnen. An diese Zwischenelektrode 2' ist bei konzentrischer Anordnung, die vor allem praktischen Wert hat, der Außenleiter des Resonators an die Außenelektrode 3 angeschlosssen. Zwischen der Zwischenelektrode und der Außenelektrode befindet sich der Anfachraum für die hochfrequenten Schwingungen. In diesen Anfachraum tritt durch geeignete Aussparungen der anfachende Elektronenwechselstrom.

Werden in dem Beispiel der Abb. 4 a der Zwischenelektrode 2' und der Außenelektrode 3 geeignete Gleichspannungen erteilt, so verteilen sich die in Form von zwei Elektronenstrahlen von der Kathode 1' ausgehenden Elektronen in einem bestimmten Verhältnis auf die zwei Elektroden 3 und 2 , d. h., ein Teil dieses Strahles geht direkt auf die Innenelektrode 2'. Ein anderer Teil dringt durch die Lücke in den Anfachraum zwischen 2' und 3 ein. Dieser zweite Teil kann, falls 3 als Bremselektrode benutzt wird, auf die Innenelektrode 2' zurückkehren oder, falls 3 als Anode benutzt wird, direkt nach der Anode 3 übergehen. Im Innern der Innenelektrode 2' sind nun als Steuermittel beispielsweise zwei axial angeordnete Drähte 13 vorgesehen. Diese Drähte sind wieder in aperiodischer Weise mit der Außenelektrode 3 gekoppelt und bewirken infolgedessen eine Querfeldsteuerung des von der Kathode 1' ausgehenden Strahles. Die Steuerung erfolgt in ähnlicher Weise, wie sie eingangs schon geschildert wurde,

Abb. 5 a und 5 b zeigen eine analoge Anordnung wie die Abb. 3 und 4, bei welcher aber die Steuerung des Elektronenstromes durch sogenannte Raumladesteuerung geschieht. 3 ist wiederum die Außenelektrode, welche die als Gitter ausgebildete Zwischenelektrode 2 umschließt. Die Kathode sei ein in der Achse der Anordnung gespannter Glühfaden i. In der Nähe dieses Fadens sind einige ebenfalls axial angeordnete, als Steuermittel dienende Stäbe 13 vorgesehen. Wie in den Abb. 3 und 4 sind diese Drähte 13 an die Außenelektrode 3 aperiodisch angekoppelt, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Blockkapazität, welche es ermöglicht, den Stäben 13 eine geeignete Gleichspannung zu erteilen. Die Wirkung ist folgende:

Die Kathode 1 wird im Raumladegebiet ihrer Kennlinie betrieben, kann also in diesem Fall nun auch eine Oxydkathode, z. B. eine indirekt beheizte Oxydkathode, sein. Die Steuermittel 13 wirken als gewöhnliches Steuergitter, welches durch Raum iadesteuerung die Emission der Kathode beeinflußt.

Natürlich bedingen die an die Außenelektrode 3 angekoppelten Steuermittel 13 eine Vergrößerung der Kapazität zwischen Innen- und Außenelektrode und damit eine Beeinflussung, insbesondere eine Verlängerung der Wellenlänge.

Es muß ferner darauf geachtet werden, daß zwischen Kathode und Zwischenelektrode keine parasitären Schwingungen auftreten, was dadurch erreicht werden kann, daß der Raum zwischen Kathode und Zwischenelektrode womöglich nur so lang gemacht wird, wie für den aktiven Teil der

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Kathode erforderlich ist. Der Raum ist dann auf eine höhere Frequenz abgestimmt als der an die Gitter- und Außenelektrode sich anschließende Resonanzraum, beispielsweise das konzentrische Lechersystem. Durch diese Verstimmung des Raumes zwischen Kathode und Zwischenelektrode erreicht man, daß die von der Zwischenelektrode konzentrisch umschlossene Kathode im wesentlichen die gleichen Wechselspannungen wie die Zwischenelektrode erhält.

Ein weiteres Merkmal der Anordnungen nach Abb. 3 bis 5 besteht darin, daß die Gleichspannung dem Steuermittel von entgegengesetzter Seite zu geführt wird als die Gleichspannung zur Zwischenelektrode oder zur Kathode.

Mit den in den Abb. 3 bis 5 dargestellten Anordnungen läßt sich ferner auf einfache Weise die Phase ψ des in den Anfachraum eintretenden Elektronenwechselstromes regeln. Im wesentlichen geschieht dies durch die Wahl der Laufzeit der Elektronen von der Kathode bis zur Zwischenelektrode. Diese Laufzeit wird durch zwei Größen bestimmt, nämlich erstens durch die geometrische Konfiguration, also etwa durch- den Abstand von Kathode und Zwischenelektrode, und durch das Spannungsgefälle, das die Elektronen auf ihrem Weg von der Kathode bis zum Eintritt in den Anfachraum durchlaufen. Dieses Spannungsgefälle hängt wieder von den Gleichspannungen der Zwischen- und der Außenelektrode und der Steuermittel gegenüber der Kathode ab.

Als Resonator kann vorteilhaft ein Lechersystem verwendet werden. Insbesondere kann ein konzentrisches Lechersystem benutzt werden, welches die günstigste Wirkung ergibt, wenn es allseitig geschlossen wird, so daß irgendwelche Streustrahlung vermieden ist. Eine weitere Ausgestaltung dieses Kohlraumresonators besteht darin, daß dieser Hohlraum nur durch einen einzigen, als Energieleitung dienenden engen Spalt mit der Außenweit kommuniziert.

Ein derartiger dämpfungsfreier Resonator ist in der Abb. 6 mit einer Raumladesteuerungsanordnung entsprechend der Erfindung dargestellt. Mit 14 ist die Außenelektrode, die unmittelbar an den Außenleiter des Lechersystems der Länge Il 4 anschließt, bezeichnet. Der Zwischenleiter 15 ist am einen Ende als Zwischenelektrode 2 ausgebildet, d. h. als ein Gitter mit axial gestellten Stäben. In der Achse der Anordnung befindet sich die indirekt beheizte Oxydkathode 16, welcher die zwei Heizleitungen 17 und ij' Heizenergie zuführen. Um eine besondere Stromzuführung zu der Kathode zu vermeiden, kann die eine Heizleitung unmittelbar an die Kathode angeschlossen sein. Die Heizleitungen sind im Innern des Zwischenleiters 15 in einem relativ engen Kanal geführt, der sich erst vorn im aktiven Teil der Elektrodenanordnung erweitert so daß dieser aktive Teil der Elektrodenanordnung zwischen Kathode und Zwischenelektrode eine axiale Länge hat, welche viel geringer als ein Viertel der Betriebswellenlänge ist. Von der Bodenfiäche io der Außenelektrode 14 führt ein Stromleiter 11 zu der als zweite Platte der Kopplungskapazität dienenden Scheibe 9, welche das Steuermittel 7 trägt. Dieses besteht aus einer rotationssymmetrischeii Anordnung einiger dünner Drähte, die die Kathode nahe umgeben. Die Außenelektrode 14 ist gleichzeitig die Vakuumhülle der Anordnung. Zu diesem Zwecke ist in dem engen, als Kurzschlußkapazität des Resonators der Länge λ/4 dienenden Spalt 18 eine Glas-Metall-Verschmelzung 19 vorgesehen. Auch das frei hervorstehende Ende des Zwischenleiters 15 trägt eine Metallverschmelzung 20, in welche die Heizleitungen eingebettet sind. Ebenso ist der Leiter 11, welcher den Steuermitteln eine besondere Gleichspannung zuzuführen erlaubt, durch eine Glaseinschmelzung durch den Boden des Außenleiters hindurchgeführt. Der Pumpenstengel kann beispielsweise am Glas rohr 20 angeschlossen werden. 21 stellt die Abschmelzstelle dar. Die vom Resonator abgegebene Energie entweicht durch den engen ringförmigen Kanal 18, der die einzige Verbindung des Hohlraumresonators mit der Außenwelt darstellt. Durch diese Energieleitung wird das frei herausragende Ende des Zwischenleiters als Antenne angefacht Um die Strahlleistung von den Stromzuführungen für die Heizleitung fernzuhalten, ist auf den Zwischenleiter eine Hülse 22 aufgeschoben, welche bei 22' dicht an den Zwischenleiter anschließt. Zwischenleiter und Hülse 22 bilden zusammen mit dem zwischen den beiden Scheiben 23 und 24 gelegenen freien Stück des Zwischenleiters einen abgestimmten Resonator, der über das zwischen 23 und 24 gelegene freie Stück Strahlung in radialer Richtung abgibt. Die Scheiben 23 und 24 dienen für die kapazitive Überleitung des ultrahochfrequenten Wechselstromes im Außenleiter des Resonators.

Im allgemeinen wird der strahlende Teil des Rohres mit irgendwelchen Reflexionsmitteln kombiniert, so daß die ausgesendete Strahlung auf bestimmte Richtungen beschränkt wird. Eine nützliche Ausgestaltung besteht darin, die Stromzuleitungen an der Außenelektrode 14 und zu den Steuermitteln 7 im Schatten dieser Reflektoren vorzunehmen, damit diese Leitungen im Strahlungsfeld nicht induziert werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, no sondern kann bei irgendwelchen Ultrakurzwellenröhren zur Erhöhung der Anfachung Anwendung finden.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektronenröhre zum Anfachen, Verstärken, Erzeugen und Empfangen von ultrahochfrequenten elektromagnetischen Schwingungen in Bremsfeldanordnungen, insbesondere im Bereich von dm- und cm-Wellen, bei weicher außer einer positiv vorgespannten durchbrochenen Zwischenelektrode und einer vollen Außenoder Bremselektrode zusätzliche Steuermittel zur Erhöhung der Anfachung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Steuermittel aus Elektroden, vorzugsweise aus

   Gitterelektroden, zwischen Kathode und durchbrochener oder Zwischenelektrode bestehen, welche von der Außen- oder ßremselektrode gleichphasig oder nahezu gleichphasig eine Steuerwechselspannung erhalten.
2. 2. Elektronenröhrenach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der zusätzlichen Steuerelektroden mit der ßremselektrode über einen für Ultrahochfrequenz durchlässigen Kondensator erfolgt.
3. 3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verbindung zwischen Bremselektrode und zusätzlicher Steuerelektrode die optimale Phasenlage der Steuerspannung an der zusätzlichen Steuerelektrode eingestellt werden kann.
4. 4. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenröhre im Sättigungsgebiet der Emission arbeitet und die Querfeld- oder Pendelsteuerung durch eine vorzugsweise in der Nähe der durchbrochenen Elektrode wirksame Steuerelektrode erfolgt.
5. 5. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuerelektrode gegenüber der Kathode ein positives Potential erhält und sehr dünn ausgeführt ist, um nur wenig Strom aufzunehmen.
6. 6. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche aperiodisch oder nahezu aperiodisch mit der Außenelektrode verbundene Steuergitter vorzugsweise in den Lücken der durchbrochenen Elektrode wirksam ist und eine Steuerung der Stromverteilung bewirkt.
7. 7. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenröhre im Raumladegebiet der Emission arbeitet und die zusätzliche Steuerelektrode vorzugsweise in der Nähe der Elektronenquelle (indirekt beheizte Oxydkathode) angeordnet ist.
8. S. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine rotationssymmetrische Anordnung ge wählt ist, bei der eine draht-, rohr- oder bandförmige Glühkathode von einer aus Parallelstäben gebildeten Gitterelektrode und diese von einer zylindrischen voUwandigen Außenelektrode umgeben ist, und die zusätzliche Steuerelektrode im wesentlichen ebenfalls aus in dem Kathodengitterraum angeordneten Parallel stäben besteht.
9. 9. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenelektrode an. einer Stirnfläche metallisch abgeschlossen ist und dieser als Belegung eines Kurzschlußkondensators dienenden Metallplatte eine zweite, hiervon isolierte Platte gegenübersteht, die mit der zusätzlichen Steuerelektrode leitend verbunden ist.
10. 10. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuerelektrode eine Spannungszuleitung erhält, die an den mit der zusätzl'ichen Steuerelektrode verbundenen Belag des Kurzschlußkondensators geführt und iso liert durch die Außenelektrode durchgeführt ist.
11. 11. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenelektrode in Form von zwei Zylinderschalen vorgesehen ist, zwischen denen öffnungen für den Durchtritt des Elektronenstrahles frei gelassen sind, wobei die Öffnungen so bemessen sind, daß die Längskante dieser Zwischenelektroden von einem Teil des Elektronenstrahls getroffen werden können und daß zusätzliche Steuerelektroden zur Querfeld steuerung in Form von achsparallelen Drähten in der Nähe der Längskante der Zwischenelektroden angeordnet sind.
12. 12. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadtirch gekennzeichnet, daß die isolierte Gleichspannungszuführung zu der zusätzlichen Steuerelektrode mit einer Glas-Metall-Einschmelzung durch die als Wand des Valmumgefäßes ausgebildeten Außenelektroden durchgeführt ist.
13. 13. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungszuführungen zu den Elektroden, insbesondere auch die Gleichspannungszuführung zu der zusätzlichen Steuerelektrode, bei Kombination der Resonatoren mit Strahler und Reflektoren außerhalb des Strahlungsfeldes zugeführt sind.

    Hierzu χ Blatt Zeichnungen

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